[发明专利]一种有机染料掺杂聚苯胺/石墨烯纳米纤维复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种有机染料掺杂聚苯胺/石墨烯纳米纤维复合材料及其制备方法，其是将蒽醌‑1,5二磺酸钠加入到氧化石墨烯纳米纤维分散液中，利用水热反应一步制备有机染料修饰的还原氧化石墨烯纳米纤维；再将苯胺加入到有机染料修饰的还原氧化石墨烯纳米纤维的分散液中，利用化学氧化聚合反应制得所述复合材料。本发明制备的复合材料具有大的比表面积、高的比电容和优异的循环稳定性，主要用于制备超级电容器用电极，具有显著的经济价值与社会效益。

技术领域

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种有机染料掺杂聚苯胺/石墨烯纳米纤维复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

聚苯胺由于具有原料价格低廉、合成工艺简便、化学及环境稳定性好、经掺杂后导电性和电化学性能优异等特点，在生物或化学传感器、二次电池、超级电容器、抗静电、电磁屏蔽、防腐等领域具有广阔的应用前景。作为超级电容器用电极材料，聚苯胺在长时间的氧化还原过程中会发生反复的离子掺杂与脱掺杂，聚苯胺的聚集态结构会随之发生反复地膨胀和收缩，导致聚苯胺的微观结构发生不可逆的形变，从而造成聚苯胺的电化学稳定性变差。为了提高聚苯胺的电化学稳定性，研究人员采用将聚苯胺与碳材料进行复合的方法，利用碳材料作为结构骨架，可以有效降低氧化还原过程中聚苯胺分子链聚集态结构的膨胀和收缩程度。赵佐华（赵佐华, 黄寒星, 王红强, 张磊, 王志洪, 冯崎鹏, 钟新仙; 高性能聚苯胺/石墨烯复合材料的制备及在超级电容器中的应用, 化工新型材料, 2013, (5):163-165）通过化学氧化聚合法制备了聚苯胺/石墨烯复合材料，经电化学测试发现，该复合材料在电流密度为0.1 A/g时，比容量为468.5 F/g，经过1000次连续充放电，电容保持率为84.9 %。谢志春（谢志春, 吴健生, 何文斌, 顾大伟, 沈临江; 导电聚苯胺-多壁碳纳米管复合材料超级电容器的研究, 中国材料研讨会论文集, 2009, 59-69）以多壁碳纳米管为“模板”，采用化学氧化原位聚合法制备导电聚苯胺-碳纳米管复合材料，实验结果表明，该复合材料的比电容为255.8 F/g，远高于聚苯胺的124.4 F/g和多壁碳纳米管的46 F/g，且该复合材料在100次充放电循环后，比电容仅下降6％，表现出优良的循环稳定性。

发明内容

本发明针对目前聚苯胺的比电容较低、循环稳定性较差等问题，提供一种有机染料掺杂聚苯胺/石墨烯纳米纤维复合材料及其制备方法与应用。其所得复合材料具有大的比表面积、高的比电容和优异的循环稳定性，可用于制备超级电容器用电极。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种有机染料掺杂聚苯胺/石墨烯纳米纤维复合材料，其是先将蒽醌-1,5-二磺酸钠（1,5-AQDS）加入到氧化石墨烯纳米纤维（GONF）的分散液中，利用水热反应一步制备有机染料修饰的还原氧化石墨烯纳米纤维（rGONF-AQDS）；再在制备的rGONF-AQDS中加入盐酸溶液配成分散液，然后加入苯胺，利用化学氧化聚合反应制得所述有机染料掺杂聚苯胺/石墨烯纳米纤维复合材料。

具体地，其制备方法包括以下步骤：

（1）将0.08~0.12 g GONF加入到200~300 mL去离子水中，室温下超声60~90 min，制得GONF的分散液；向该分散液中加入0.3~0.7 g 1,5-AQDS，室温下超声5~15 min，制得GONF和AQDS的混合分散液；将所得混合分散液密封在带有Teflon衬里的水热反应釜中，160~200 ℃下保温反应10~16 h，反应产物用去离子水反复洗涤至滤液无色后，经-50 ℃冷冻干燥48 h，制得rGONF-AQDS；